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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere für eine Kupplungsscheibe innerhalb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, eine entsprechende Kupplungsscheibe und eine Kupplung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.
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Torsionsschwingungsdämpfer sind in der Fahrzeugtechnik bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2015 211 899 A1 , bei dem ein Eingangsteil und ein gegenüber dem eingangsteil begrenzt verdrehbares Ausgangsteil, die durch Zwischenelemente und Federeinrichtungen gekoppelt sind, die so angeordnet sind, dass die Federneinrichtungen nicht in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Zwischenelemente sind dabei in axialer Richtung zentrisch angeordnet. Das Eingangsteil muss dabei mit einem Reibring verbunden werden. Die Ausbildung dieser Verbindung ist aufwändig und schränkt den zur Verfügung stehenden Bauraum für die Ausbildung und die Bewegung der Zwischenelemente eingeschränkt, so dass Grenzen im Hinblick auf die mögliche Kapazität des Torsionsschwingungsdämpfers gegeben sind. Zudem hat es sich gezeigt, dass insbesondere die dauerhafte Funktionsfähigkeit des Torsionsschwingungsdämpfers insbesondere von der Präzision der Herstellung der Zwischenelemente abhängt. Insbesondere die Symmetrie oder Gleichförmigkeit der Rollenbahnen in axialer Richtung sind kritisch, so dass beispielsweise schon die unabdingbaren Effekte der Fertigungsmethode zu Problemen beim Betrieb des Torsionsschwingungsdämpfers und in Bezug auf die Dauerhaltbarkeit führen. Beispielsweise führt bei Herstellung der Zwischenelemente durch ein Stanzverfahren schon der Stanzeintritt und - ausbruch zu einer in axialer Richtung ungleichförmigen Auflagefläche für die Wälzkörper. Dies kann sich nachteilig für die Bewegung der einzelnen Bauteile auswirken, da im Betrieb die Bauteile (Eingangsteil, Ausgangsteil, Zwischenelement) seitlich versetzt werden können.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen Torsionsschwingungsdämpfer bereitzustellen, der einfach aufgebaut ist und dessen Funktion unabhängig von Fertigungstoleranzen ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere für eine Kupplungsscheibe innerhalb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, mit einem um eine Drehachse angeordneten Eingangsteil und einem gegenüber dem Eingangsteil um die Drehachse begrenzt entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung verdrehbaren Ausgangsteil, mit zumindest zwei zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil angeordneten momentübertragende Zwischenelementen, die mittels Kurvengetrieben bei einer Relativverdrehung von Eingangsteil und Ausgangsteil zwangsweise radial verlagernd angeordnet sind und zwischen den zumindest zwei Zwischenelementen die Federeinrichtung angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Zwischenelement zweiteilig ausgeführt ist.
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Bevorzugt ist eine Ausgestaltung mit zwei Zwischenelementen und zwei Federeinrichtungen, da diese einfach aufgebaut werden kann und effizient Schwingungen dämpft. Die Federeinrichtung weist mindestens eine Feder als Energiespeicher auf, bevorzugt zwei Federn, die an den zwei Zwischenelementen angebunden sind. Der Torsionsschwingungsdämpfer kann beispielsweise als geteiltes Schwungrad mit einer Primärschwungmasse und einer Sekundärschwungmasse mit dazwischen wirksam angeordneter Federeinrichtung, als in einer Kupplungsscheibe zwischen einem Belagträger und einer Nabe angeordneter Torsionsschwingungsdämpfer, als Lockup-Dämpfer in einem Drehmomentwandler oder dergleichen ausgebildet sein. Der vorgeschlagene Torsionsschwingungsdämpfer enthält eine Federeinrichtung zur Dämpfung von Drehbeziehungsweise Torsionsschwingungen, die außerhalb des Drehmomentpfads zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil angeordnet ist. Hierdurch kann die Federeinrichtung weitgehend unabhängig von dem über den Torsionsschwingungsdämpfer zu übertragenden Moment ausgelegt und auf ihre eigentliche Aufgabe der Schwingungsisolation angepasst werden.
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Unter einem zweiteiligen Aufbau des Zwischenelementes wird verstanden, dass dieses aus zwei Elementteilen aufgebaut ist, die insbesondere in axialer Richtung (in Richtung der Drehachse) hintereinander ausgebildet sind. Bevorzugt ist eine Ausbildung zweier symmetrischer Elementteile. Durch eine zweiteilige symmetrische Ausgestaltung jedes Zwischenelementes ist es möglich, die Auflage in den Rollenbahnen im Zwischenelement unabhängig vom Fertigungsverfahren der Zwischenelemente eine gleichförmigere Auflagefläche für die Wälzkörper zu bilden. Gleichzeitig erlaub ein mehrteiliger Aufbau der Zwischenelemente eine hohe Flexibilität beim Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers, die zu größeren Möglichkeiten bei der Gestaltung des Dämpfers und seiner Charakteristik führt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedes Zwischenelement aus zwei in Richtung der Drehachse voneinander beabstandet ausgeführten Elementteilen ausgebildet.
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Durch eine beabstandete Ausbildung der Elementteile kann ein grundsätzlich sehr flexibler Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers ermöglicht werden, bei dem ein weiteres Bauteil wie beispielsweise das Eingangs- oder Ausgangsteil in axialer Richtung der Drehachse zwischen den Elementteilen aufgenommen wird. Dies ermöglicht einen größeren Gestaltungsraum im Hinblick auf die Ausgestaltung und Auslegung des Torsionsschwingungsdämpfers. Bevorzugt sind die beiden Elementteile symmetrisch zu einer Achse, die senkrecht auf der Drehachse steht, ausgebildet. Durch die symmetrische Ausgestaltung kann - auch bei Verwendung von Stanzteilen - eine symmetrische Verteilung der Rollenkontaktflächen zu den Wälzkörpern erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen den Elementteilen das Eingangsteil aufgenommen.
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Dies ermöglicht einen einfacheren und flexibleren Ansatz eines Reibelementes einer Kupplungsscheibe an den Dämpfer, da nunmehr im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen mehr Platz für die Anbindung des Reibelementes zur Verfügung steht, ohne dass dies Auswirkungen auf den für das Zwischenelement und die Federeinrichtung zur Verfügung stehenden Bauraums hat. Somit ist man bei der Auslegung des Torsionsschwingungsdämpfers wesentlich flexibler.
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In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass das Eingangsteil aus mindestens zwei Eingangsteilelementen ausgebildet ist.
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In diesem Fall kann ein Reibelement oder ein Verbindungselement zu einem Reibelement zwischen den Eingangsteilelementen ausgebildet werden und alle drei Bauteile können gemeinsam miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Vernieten. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Anbindung des Reibelementes und damit der Kupplungsscheibe.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedes Zwischenelement zwischen zwei Teilen des Ausgangsteils aufgenommen.
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Dies ermöglicht einen einfachen und flexiblen Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers auch im Hinblick auf die Anbindung an eine Ausgangswelle des Torsionsschwingungsdämpfers, die insbesondere eine Getriebeeingangswelle ist. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass jedes Zwischenelement aus zwei Elementteilen ausgebildet ist, die symmetrisch zwischen zwei Teilen des Ausgangsteils ausgebildet sind.
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Weiterhin wird eine Kupplungsscheibe für eine Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, vorgeschlagen, die einen Torsionsschwingungsdämpfer wie hier beschrieben umfasst, sowie eine Kupplung, die eine entsprechende Kupplungsscheibe umfasst. Weiterhin wird in vorteilhafter Weise ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kupplung vorgeschlagen. Die für den Torsionsschwingungsdämpfer offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf die Kupplungsscheibe, die Kupplung und das Kraftfahrzeug übertragen und anwenden und umgekehrt.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben.
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Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 und 2: einen als bekannt angenommenen Torsionsschwingungsdämpfer;
- 2: einen Ausschnitt des als bekannt angenommen Torsionsschwingungsdämpfers im Schnitt;
- 3: einen Ausschnitt eines Beispiels eines Torsionsschwingungsdämpfers im neutralen, nicht ausgelenkten Zustand;
- 4 und 5: Ausschnitte zweier Beispiele für Torsionsschwingungsdämpfer im Schnitt;
- 6 einen Ausschnitt eines Beispiels eine Torsionsschwingungsdämpfers im ausgelenkten Zustand;
- 7 und 8: zwei Ansichten des Torsionsschwingungsdämpfers im nicht ausgelenkten Zustand;
- 9 u. 10: zwei Ansichten des Torsionsschwingungsdämpfers im ausgelenkten Zustand;
- 11: ein Beispiel einer Kupplungsscheibe; und
- 12: sehr schematisch eine Kupplung.
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In der Beschreibung der Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der in 1 und 2 gezeigte als bekannt angenommene Torsionsschwingungsdämpfer 1 umfasst ein Eingangsteil 2, Zwischenelemente 3, Kurvengetriebe 4, 5, mit Rampeneinrichtungen 6, 7, sowie eine zwischen den Zwischenelementen 3 angeordnete Federeinrichtung 8 mit Energiespeichern 9 und ein Ausgangsteil 10. Das Eingangsteil 2 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 der 1 weist in den bevorzugt zwei bezogen auf die Drehachse d einer Welle 17 einander gegenüberliegenden Kurvengetrieben 4 jeweils Rampen 11 wie Kurvenbahnen der Rampeneinrichtungen 6 auf. Bevorzugt zwei einander gegenüberliegende Zwischenelemente 3 mit jeweils zwei zum Eingangsteil 2 komplementären Rampen 12 wie Kurvenbahnen der Rampeneinrichtungen 6 und die Wälzkörper 13 komplettieren das Kurvengetriebe 4 zwischen Eingangsteil 2 und Zwischenelementen 3. Bei Verdrehung des Eingangsteils 2 um die Drehachse d werden die Wälzkörper 13 auf den Rampen 11, 12 so geführt, dass sich aus der radialen Bewegung der Zwischenelemente 3 eine parallele Einfederung der bevorzugt zwei Energiespeicher 9 ergibt, die zwischen den Zwischenelementen 3 angeordnet sind. Die Rampen 11 des Eingangsteils 2 und die Rampen 12 der Zwischenelemente 3 bilden zusammen mit den zugehörigen Wälzkörpern 13 das Kurvengetriebe 4.
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Die Zwischenelemente 3 weisen jeweils radial innen eine weitere Rampe 14 auf, die in Wirkverbindung mit in dem Ausgangsteil 10 angeordnete Rampen 15 stehen. Bei Verdrehung des Ausgangsteils 10 um die Drehachse d in die entgegengesetzte Richtung zur Verdrehung des Eingangsteils 2 werden die Zwischenelemente 3 über frei zwischen den entsprechend gestalteten Rampen 14, 15 abrollenden Wälzkörper 16 ebenfalls so geführt, dass deren Bewegung wieder eine parallele Einfederung der Energiespeicher 9 bedeutet. Die Rampen 14 der Zwischenelemente 3 und die Rampen 15 des Ausgangsteils 10 bilden zusammen mit den zugehörigen Wälzkörpern 16 das Kurvengetriebe 5.
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Infolge der über die Zwischenelemente 3 gegebenen Kopplung der beiden Kurvengetriebe 4, 5 ergibt sich der Gesamtverdrehwinkel zwischen Eingangsteil 2 und Ausgangsteil 10 aus der Summe der Verdrehwinkel, die sich im jeweiligen Kurvengetriebe 4, 5 bei einer bestimmten Einfederung der Energiespeicher 9 einstellen. Das Torsionsmoment am Eingangsteil 2 für die Verdrehbewegung wird als reines Torsionsmoment am Ausgangsteil 10 abgestützt. Die Einheit bestehend aus Zwischenelementen 3 und Energiespeichern 9 steht nicht unter äußerer Momentwirkung, legt aber über die Höhe der Kraft aus der parallelen Einfederung der Energiespeicher 9 die Höhe des übertragenen Moments fest.
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Die Rampen 11, 12, 14, 15 der Kurvengetriebe 4, 5 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 sind beispielsweise linear ausgebildet, um die Bewegungen bei Verdrehung in der gekennzeichneten Richtung und die Fähigkeit, Moment im Kontakt über die Wälzkörper 13, 16 in dieser Richtung zu übertragen, anzudeuten. Bei ausgeführten Konstruktionen ist die Gestalt der Rampen 11, 12, 14, 15 hingegen eine freie Form als Resultat der angestrebten Übersetzungen für die Torsionskennlinie unter Erfüllung der Abrollbedingungen für die Wälzkörper 13, 16.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines Beispiel eines nicht ausgelenkten Torsionsschwingungsdämpfers 1 mit einem Eingangsteil 1, welches sich in Umfangsrichtung 18 bewegen kann, einem Zwischenelement 3, welches über ein Federeinrichtung 8 mit einem nicht gezeigten anderen Zwischenelement 3 verbunden ist. Durch die Energiespeicher 9 (Federelemente) der Federeinrichtung 8 ist die Bewegung des Zwischenelements 3 in Bewegungsrichtung 19 vorgegeben. Weiterhin ist ein Ausgangsteil 10 ausgebildet, welches mit einer (nicht gezeigten) Welle verbunden ist, die die Drehachse d aufweist.
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Weiterhin weist der Torsionsschwingungsdämpfer 1 Wälzkörper 13, die durch Rampen 11 des Eingangsteils 2 und Rampen 12 des Zwischenelementes 3 geführt werden wie oben diskutiert. Weiterhin ist ein Wälzkörper 17 ausgebildet, der durch Rampen 14 des Zwischenelementes 3 und Rampen 15 des Ausgangsteils 10 geführt wird wie oben diskutiert.
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4 und 5 zeigen Ausschnitte zweier möglicher Beispiele von Torsionsschwingungsdämpfern 1 im Schnitt, bei denen das Zwischenelement 3 zweiteilig aus zwei Elementteilen 20 ausgebildet ist. Diese Elementteile 20 sind symmetrisch aufgebaut und sind in Richtung der Drehachse d beabstandet voneinander ausgeführt, so dass das Eingangsteil 2 wischen den Elementteilen 20 aufgenommen werden kann.
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In 4 ist das Eingangsteil 2 aus zwei Eingangsteilelementen 21 aufgebaut, die über Niete 22 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass ein Reibelement 23 zwischen den Eingangsteilelementen 21 fixiert werden kann, bevorzugt durch die Niete 22. Die Niete 22 sind bevorzugt versenkt und konisch, um eine Verbindung der Eingangsteilelemente 21 zu erlauben, die keine weiteren baulichen Einschränkungen bewirkt, da die Niete 2 bündig mit der jeweiligen axialen Außenseite der Eingangsteilelemente 21 abschließt. Unter dem Begriff Reibelement 23 ist hier auch ein Element zu verstehen, welches als Träger beispielsweise für einen Reibring dient. Insbesondere ist das Reibelement 23 Teil einer entsprechenden Reibkupplung (hier nicht gezeigt).
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5 zeigt ein Beispiel, in dem das Eingangsteil 2 einteilig ausgebildet ist. Hier ist das Reibelement 23 durch entsprechende Nieten 22 auf einer axialen Oberfläche des Eingangsteils 2 befestigt.
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Vergleicht man nun 2 mit den 4 und 5, so ist erkennbar, dass in der Ausgestaltung gemäß den 5 und 6 die Auflagefläche für die Wälzkörper 13, 17 im Zwischenelement 3 beziehungsweise den Elementteilen 20 symmetrisch und plan ist, während in der Ausgestaltung der 2 der Einfluss beispielsweise der durch Stanzeintritt und -austritt erzeugten Ungleichmäßigkeiten der Auflagefläche wesentlich größer ist. So kann eine gleichmäßigere Bewegung der Wälzkörper 13, 16 in den jeweiligen Rampenbahnen 11, 12, 14, 15 erreicht werden, bei der eine seitliche Bewegung der Bauteile 2, 3, 10 reduziert werden kann.
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6 zeigt ein Beispiel eines Torsionsschwingungsdämpfers 1, der im Vergleich zu 3 ausgelenkt ist, analog zu 3.
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7 und 8 zeigt Teile eines Torsionsschwingungsdämpfers 1 im nicht ausgelenkten Zustand, 9 und 10 im ausgelenkten Zustand. Auf die obige Offenbarung wird Bezug genommen. Die 7 bis 10 zeigen, dass eine einfache Anbindung des Reibelements 23 an den Eingangsteil 2, ohne dass dadurch die Form und der Bewegungsbereich der Zwischenelemente 3 eingeschränkt würde. Die Zwischenelemente 3 beziehungsweise die Elementteile 20 können den maximalen Bauraum und insbesondere den maximal möglichen Radius in der Kupplungsscheibe nutzen, so dass auch die Größe der Federeinrichtungen 8 und insbesondere der Energiespeicher (Federn) 9 optimiert werden kann, so dass der Energiespeicher 9 eine große Federenergie zur Verfügung stellen kann.
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11 zeigt eine Kupplungsscheibe 24 mit Torsionsschwingungsdämpfer 1 wie insbesondere im Zusammenhang mit 4 beschrieben. Auf die oben gemachten Ausführungen wird Bezug genommen und verwiesen. Das Reibelement 23 ist mit Nieten 22 mit den Eingangsteilelementen 21 verbunden. Das Reibelement 23 weist Reibflächen 25 auf, die lösbar über einen Reibschluss mit entsprechenden, nicht gezeigten, Reibpartnern lösbar verbindbar sind, um so eine Kupplung darstellen zu können.
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Ferner ist ein Nabenflansch 26 gezeigt, der über eine Zwischenverzahnung 27 mit einer nicht gezeigten Nabe verbindbar ist, die wiederum mit einer Welle, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
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12 zeigt schließlich sehr schematisch eine Kupplung 28 mit einer Kupplungsscheibe 24. Die Kupplung 28 ist insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anordenbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 2
- Eingangsteil
- 3
- Zwischenelement
- 4
- Kurvengetriebe
- 5
- Kurvengetriebe
- 6
- Rampeneinrichtung
- 7
- Rampeneinrichtung
- 8
- Federeinrichtung
- 9
- Energiespeicher
- 10
- Ausgangsteil
- 11
- Rampe
- 12
- Rampe
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Rampe
- 15
- Rampe
- 16
- Wälzkörper
- 17
- Welle
- 18
- Umfangsrichtung
- 19
- Bewegungsrichtung
- 20
- Elementteil
- 21
- Eingangsteilelemente
- 22
- Niet
- 23
- Reibelement
- 24
- Kupplungsscheibe
- 25
- Reibfläche
- 26
- Nabe
- 27
- Zwischenverzahnung
- 28
- Kupplung
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015211899 A1 [0002]
